[論文レビュー] Optimizing the basis of B -> K* l+l- observables and understanding its tensions

Sébastien Descotes–Genon, Joaquim Matias+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、ハドロン的フォーム因子への感受性を最小限に抑えた $B \to K^* \ell^+\ell^-$ 衰えの最適化された観測量の基底を提示し、最近の LHCb データを分析してニューサイエンスを探索する。広い反動領域では、標準模型から 4.2$\sigma$ のずれを発見し、主に $C_9^{NP} \sim -1.5$ の大きな負の寄与によって駆動されている。フォーム因子、共鳴状態、相関関係の影響を含む、複数の理論的および実験的取り扱い方でその頑健性が確認された。

ABSTRACT

We discuss the impact of recent LHCb data on the B -> K* mu+mu- decay for New Physics searches. We use an optimised set of observables with a limited sensitivity to hadronic inputs (form factors), leading to a significant deviation from the Standard Model for the semileptonic operator O9. We ascertain the robustness of our results with respect to models of power corrections, charm-loop effects, factorisation approaches, possible effects from resonance tails at low-recoil, choice of observables and binnings. We explain some contradictory results obtained for the chirality-flipped operator O9prime by different analyses by focusing on the sensitivity of observables at low recoil afflicted by the psi(4160) and possibly other resonances for B+-> K+ mu+mu- and illustrating the need for a finely binned analysis at large recoil (rather than a wide [1-6] bin). Finally, we present updated results including experimental correlations in B -> K* mu+ mu- observables, confirming the deviation seen with respect to the SM hypothesis (4.2 sigma for large-recoil data, 3.5 sigma for large- and low-recoil data).

研究の動機と目的

• ハドロン的フォーム因子への感受性が最小限となる $B \to K^* \ell^+\ell^-$ 衰えにおける観測量の基底を構築し、ニューサイエンス探索のための頑健性を高めること。
• 最近の LHCb データを、この最適化された基底を用いて再分析し、特にウィルソン係数 $C_9$, $C_{10}$ 及びそれらのヘリカル反転型に対応する係数における標準模型からのずれをテストすること。
• 過去の解析で生じていた $C_9^{\prime NP}$ の符号や大きさに関する矛盾を解消するため、低反動共鳴状態およびビン分割の影響を検討すること。
• フィットに実験的相関を組み込むことで、標準模型とのずれの有意性と信頼性を向上させること。
• $B \to K^* \ell^+\ell^-$ が、制約が弱い $C_9$ 及び $C_{10}$ 係数に対してニューサイエンスのプローブとして果たす役割を明確にすること。

提案手法

• フォーム因子のキャンセルにより、効果的場理論の一次に理論的にクリーンな観測量の基底 $\mathcal{O}_i = \{P_1, P_2, P_3, P_4', P_5', P_6', A_{FB}, d\Gamma/dq^2\}$ を使用する。
• 非対称な実験的誤差を組み込み、フォーム因子パラメータ化（KMPW および LCSR）からの理論的不確実性を推定する、$\chi^2$ の頻度的アプローチを用いてデータにフィットする。
• 広い反動領域（3ビン）、広いおよび低反動領域（5ビン）、広い [1–6] GeV² ビンに分けて、異なるウィルソン係数への感受性を分離する。
• トロールモンテカルロ法を用いて、$A_{FB}$ と $P_2$ ビン間の実験的相関を組み込み、データの統計的取り扱いを改善する。
• 代替観測量（例：$F_L$）を用いたクロスバリデーションを行い、フィットにビン化された $B \to K^* \mu^+\mu^-$ 分解割合も含める。
• ループQCDおよびQCDF計算との比較により、異なる理論的仮定下での一貫性と頑健性をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された $B \to K^* \ell^+\ell^-$ 衰えにおける標準模型とのずれの有意性は何か？ また、理論的不確実性に対してどれほど頑健か？
• RQ2 異なる解析が $C_9^{\prime NP}$ の符号について矛盾した報告をしているのはなぜか？ また、共鳴状態やビン分割がこの不一致に果たす役割は何か？
• RQ3 $A_{FB}$ と $P_2$ ビン間の実験的相関は、ニューサイエンス信号の有意性にどのように影響するか？
• RQ4 広い反動領域における細かいビン分割は、$C_9^{\prime NP}$ の符号と大きさに関する曇りを解消できるか？ 特に [1–6] GeV² ビンと比較して。
• RQ5 低反動領域における非因子化 QCD補正および共鳴状態の尾部は、データの解釈にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• 広い反動領域のデータのみを用いた場合、標準模型とのずれは 4.2$\sigma$ に確認されるが、低反動領域のデータを含めると 3.5$\sigma$ に低下する。
• このずれは主に $C_9^{NP} \sim -1.5$ の大きな負の寄与によって駆動されており、$C_7^{NP}$ も負であるが小さい。
• 実験的相関を組み込むことで、有意性は 4.5$\sigma$ から 4.2$\sigma$ に低下するが、相関の影響に対しても頑健であることが確認された。
• [1–6] GeV² ビン解析では有意性はたったの 2.7$\sigma$ にとどまり、粗いビン分割が真の信号を隠蔽し、有意性を低く見積もることを示している。
• 本研究と参照文献 [15] の間の $C_9^{\prime NP}$ の差異は、[1–6] ビンが $C_9^{\prime NP}$ の符号に感度が低いためであり、3つの広い反動ビンは $C_9^{\prime NP} < 0$ を支持する。
• フィットから最初の低反動ビンを除くと、参照文献 [15] が示した $C_9^{\prime NP} > 0$ の傾向は消滅し、本研究の結果（$C_9^{\prime NP}$ が小さいか負）と一致する。